تحقیق مقاله ترانسفورماتور ها

ترانسفورماتورها

ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ کم را به ولتاژ زیاد وبالعکس تبدیل نماید .

برخلاف ماشینهای الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به یکدیگر تبدیل می کنند ، در ترانسفور ماتور انرژی به همان شکل الکتریکی باقیمانده و فرکانس آن نیز تغییر نمیکند و فقط مقادیر ولتاژ و جریان در اولیه و ثانویه متفاوت خواهد بود . ترانسفورماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلی سیستم های انتقال و پخش انرژی مطرح هستند بلکه در تغذیه مدارهای الکترونیک و کنترل ، یکسوسازی ، اندازه گیری و کوره های الکتریکی نیز نقش مهمی بر عهده دارند .

انواع ترانسفورماتورها را میتوان برحسب وظایف آنها بصورت ذیل بسته بندی کرد :

1- ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاهها و پستهای فشار قوی

2- ترانسهای توزیع در پستهای توزیع زمینی و هوایی ، برای پخش انرژی در سطح شهرها و کارخانه ها

3- ترانسهای قدرت برای مقاصد خاص مانند کوره های ذوب آلومینیم ، یکسوسازها و واحدهای جوشکاری

4- اتوترانسها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی

5- ترانسهای الترونیک

6- ترانسهای ولتاژ و جریان جهت مقاصد اندازه گیری و حفاظت

7- ترانسهای زمین برای ایجاد نقطه صفر و زمین کردن نقطه صفر

8- ترانسهای آزمایشگاه فشار قوی و ...

و از نظر ماده عایقی و ماده خنک کننده نیز ترانسفورماترها را می توان بصورت ذیل بسته بندی کرد :

1- ترانسفورماتورهای روغنی Oil immersed power Transformer

2- ترانسفورماتورهای خشک Dry type transformer 3-ترانسفورماتورهای با عایق گازی (sf6) Gas insulated transformer

سایر ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهای کوره ، ترانسفورماتورهای تغییر دهنده فاز و..
بعنوان ترانسفورماتورهای خاص قلمداد می گردند . 

ساختمان ترانسهای قدرت روغنی

قسمتهای اصلی در ساختمان ترانسفورماتورهای قدرت روغنی عبارتند از:

1- هسته یک مدار مغناطیسی

2- سیم پیچ های اولیه و ثانویه

3- تانک اصلی روغن

به جز موارد فوق اجزا دیگری نیز به منظور اندازه گیری وحفاظت به شرح زیر وجوددارند :

1- کنسرواتوریا منبع انبساط روغن

2- تب چنجر

3- ترمومترها

4- نشان دهنده های سطح روغن

5- رله بوخ هلتز

6- سوپاپ اطمینان یا لوله انفجاری / شیر فشار شکن )

7- رادیاتور یا مبدلهای حرارتی

8- پمپ و فن ها

10 – شیرهای نمونه برداری از روغن پایین و بالای تانک

11- شیرهای مربوط به پرکردن و تخلیه روغن ترانس

12- مجرای تنفسی و سیلیکاژل مربوط به تانک اصلی و تب چنجر

13- تابلوی کنترل

14- تابلوی مکانیزم تب چنجر

15- چرخ ها

16- پلاک مشخصات نامی

1- هسته :

هسته ترانس یک مدار مغناطیسی خوب با حداقل فاصله هوایی و حداقل مقاومت مغناطیسی است تا فورانهای مغناطیسی براحتی از آن عبور کنند . هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود0.3 میلیمتر و حتی کمتر است . برای کاهش تلفات فوکو ورقه ها تا حد امکان نازک ساخته می شوند و لی ضخامت آنها نباید بحدی برسد که از نظر مکانیکی ضعیف شده و تاب بردارد .

در ترانسهای قدرت ضخامت ورقه ها معمولاً 0.3 یا 0.33 میلیمترانتخاب می شود که این ورقه ها توسط لایه نازکی از وارنیش عایقی با یک سیم نازک عایقی ، نسبت به هم عایق می شوند .

2- سیم پیچی های ترانس

در ساختمان سیم پیچ های ترانس باید موارد متعددی در نظر گرفته شوند که در ذیل به مهمترین آنها اشاره می نمائیم :

1- در سیم پیچ هاباید جنبه های اقتصادی که همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس می باشد ، مراعات شود

2- ساختمان سیم پیچ ها برای رژیم حرارتی که باید در آن کار کند محاسبه شود ، زیرا در غیر این صورت عمر ترانس کاسته خواهد شد

3- سیم پیچ ها در مقابل تنش ها و کشش های حاصل از اتصال کوتاه های ناگهانی مقاوم شوند .

4- سیم پیچ ها باید در مقابل اضافه ولتاژهای ناگهانی از نقطه نظر عایقی ، مقاومت لازم را داشته باشند .

سیم پیچ ترانس ها نسبت به هم در نوع سیم پیچ ، تعداد حلقه ها درجه و اندازه سیمها و ضخامت عایق بین حلقه ها متفوت خواهند بود . هر چه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعداد حلقه های سیم پیچ بیشتر می شود و هر چه ظرفیت ترانس بیشتر شود ، اندازه سیم ها بزرگتر می گردد .

در ترانس با هسته ستونی ، سیم پیچها اعم از فشار قوی ، متوسط و فشار ضعیف و سیم پیچ تنظیم – بصورت استوانه متحدالمرکز روی ستونهای هسته قرار می گیرند . معمولاً سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و فشار قوی در خارج واقع می شوند و ترتیب فوق به این دلیل رعایت می شود که عایق کاری فشار ضعیف نسبت به هسته راحت تر است .

3- تانک اصلی روغن

تانک ترانس یک ظرف مکعب یا بیضوی شکل است که هسته و سیم پیچ های ترانس در آن قرار می گیرند و نقش یک پوشش حفاظتی را برای آنها ایفا می کند داخل این ظرف از روغن پر می شود بطوریکه هسته و سیم پیچ کاملاً در روغن فرو می روند . سطح خارجی تانک تلفات گرمایی داخل ترانس را به بیرون منتقل می کند از هر مترمربع سطح تانک حدوداً 400 الی 450 وات توان گرمایی به خارج منتقل می شود ، بطوریکه در ترانسهای کوچک ، همین سطح برای خنک کاری کافی است و به تمهیدات دیگری نظیر رادیاتور وفن نیاز نمی باشد . در ترانسهای تا KVA 50 بدنه تانک از ورق ساده فولادی به ضخامت حدوداً MM3 میلیمتر ساخته می شود ، سطح آن صاف بوده و نیازی به میله های تقویتی یا لوله های خنک کن ندارد . هر 4 وجه ترانس از یک ورق یک پارچه درست می شود و فقط در یک گوشه جوشکاری می گردد .

تانک ترانس بایستی موجب شود که موارد مشروحه ذیل تأمین گردند :

- حفاظتی برای هسته ، سیم پیچ ، روغن و سایر متعلقات داخلی باشد .

- دارای استقامت کافی باشد که در حین حمل و نقل و نیز در زمان اتصال کوتاه داخلی بتواند تنش های مکانیکی ایجاد شده را تحمل نماید .

- ارتعاشات و صدا در آن به حداقل برسد .

- ساختمان آن در برابر نشت روغن و یا نفوذ هوا کاملاً آب بندی باشد .

- سطوح کافی برای دفع گرمای ناشی از تلفات ترانس را تأمین کند .

- محلی برای نصب بوشینگها ، تب چنجر ، مخزن ذخیره روغن و سایر متعلقات باشد.

- از نظر ابعاد در حدی باشد که براحتی قابل تحمل و حمل و نقل از طریق جاده یا راه آهن باشد .

- حداقل تلفات فوکو در آن ایجاد شود .

- حداقل میدان مغناطیسی در خارج از آن وجود داشته باشد .

به این ترتیب طراحی تانک ترانس به روش پیش بینی شده برای حمل و نفل آن نیز بستگی دارد .

4- مقره ها ( بوشینگ ها )

سرهای خروجی سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف باید نسبت به بدنه فلزی تانک ، عایقکاری شوند . برای این منظور از مقره ها استفاده می شود . مقره یا بوشینگ تشکیل شده است از یک هادی مرکزی که توسط عایق های مناسبی در میان گرفته شده است .

بوشینگها روی در پوش فوقانی ترانس نصب می شوند و در موارد نادری بوشینگها را روی دیواره جانبی تانک هم نصب می کنند . انتهای پایینی مقره در داخل تانک جای می گیرد ، در حالیکه سر دیگر آن در بالای درپوش و در هوای خارج واقع می شود .

ترمینالهای هر دو سر دارای بستهای مناسبی برای اتصال به سر هادی های داخل ترانس و نیز هادی های شبکه می باشند . شکل و اندازه بوشینگها به کلاس ولتاژ ، نوع محل ( داخل ساختمان یا در هوای آزاد ) و جریان نامی آن بستگی دارد . بوشینگهای داخل ساختمانی نسبتاً کوچک بوده و سطح آن صاف است ، اما بوشینگهای هوای آزاد کاملاً در معرض شرایط مختلف جوی نظیر برف و باران و آلودگی و ... قرار می گیرند ، بنابراین از نظر شکل کاملاً متفاوتند و از سپرهایی به شکل چتر تشکیل می شوند ، تا سطح زیرین آنها در مقابل باران خشک نگه داشته شوند . دراین صورت سطح خارجی آنها زیاد شده و فاصله خزش جرقه روی سطح چینی عایق زیادتر می گردد و در نتیجه استقامت الکتریکی بوشینگ افزایش می یابد .

در حال حاضر تمام ترانسهای با قدرت زیاد ، برای کار در هوای آزاد ساخته می شوند و مقره های عایقی ، برای ولتاژهای مختلف زیر موجود می باشند :

0.5و1و3 و6 تا 10 و20 و 35 و110 و220 و320 و500 و750 کیلووات
در ترانسهای قدرت از 3 تا 10 کیلووالت ، همان بوشینگ kv10 بکار می رود . برای ترانسهای kv 1 و کمتر از مقره چینی ساده یا مقره اپوکسی زرین ساخته می شود .

سیستم های اندازه گیری و حفاظت ترانس

1- کنسر واتور یا منبع انبساط روغن

منبع ذخیره روغن که به اسامی منبع انبساط و کنسرواتور نیز نامیده می شود ، تانکی است که در بالاترین قسمت ترانس نصب می شود در حین تغییرات بار روزانه ، روغن ترانس انبساط وانقباض می یابد و در حین انبساط وارد منبع ذخیره می شود . اندازه و حجم منبع ذخیره به اندازه ترانس و تغییرات دمایی آن در هنگام بهره برداری بستگی دارد . در ترانسهایی که دارای تب چنجر قابل قطع زیر بار هستند ، منبع انبساط به دو بخش تقسیم می گردد که قسمت کوچکتر برای تب چنجر و قسمت بزرگتر برای تانک اصلی در نظر گرفته می شود . از بالای هر قسمت منبع ذخیره ، لوله ای به فضای آزاد آورده می شود ، که به آن مجرای تنفسی می گویند (Breather) در ورودی این مجرا ظرف شیشه ای قرار دارد ، که داخل آن از ماده ای رطوبت گیر به نام سیلیکاژل پر می شود . به این ترتیب هوای ورودی به ترانس رطوبت خود را از دست داده و کاملاً خشک خواهد بود .

در هر قسمت منبع ذخیره ، یک نشان دهنده سطح روغن نصب می شود تا سطح روغن را در حین کار ترانس بتوان نظارت کرد و همچنین دو سطح منبع دیگر که مجهز به کنتاکت آلارم می باشند نیز بر روی آنها نصب می گردند سطح خارجی منبع ذخیره نیز با رنگ مناسب پوشیده می شود تا از خوردگی و زنگ زدن محافظت گردد .

2- تپ چنجر

در بارهای مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نیز تغییر می کند و سبب تغییر ولتاژ شبکه می شود . کنترل ولتاژ شبکه های توزیع و انتقال عمدتاً توسط تب چنجر ایجاد می شود . اساس کار تب چنجر بر تغییر نسبت تبدیل ترانس استوار است . بدین ترتیب که با انشعاباتی که در سیم پیچ فشار قوی تعبیه می گردد تعداد دور سیم پیچ را تغییر داده و سبب تغییر ولتاژ خروجی ترانس می گردد .

تپ چنجرها بطور گسترده ای برای کنترل ولتاژ شبکه در سطوح مختلف ولتاژی بکار گرفته می شوند . معمولاً کنترل ولتاژ در محدوده %15 +_ مقدور است . ولتاژ هر پله تب چنجر عموماً بین 1 تا 5/2 درصد تغییر می کند انتخاب مقدار کم برای پله ها سبب افزایش تعداد تپ ها می گردد و انتخاب مقدار بالا برای هر پله باعث عدم امکان تنظیم دقیق ولتاژ مورد نظر می گردد .

محل تپ چنجر : (( تپ چنجر )) 

در داخل تانک اصلی ، قسمتی را برای بخش اصلی تب چنجر ( دایورترسوئیچ ) در نظر گرفته اند این قسمت کاملاً آب بندی شده است داخل آن نیز با روغن ترانس پر شده است . این روغن کاملاً از روغن تانک اصلی جداست و باهم مخلوط نمی شود . تپ چنجر را در سمت فشار قوی نصب کرده اند که دارای مزیت های زیرمی باشند :